C4. La traduction de l'ARNm en protéine

Capsule vidéo : De l'ARNm à la protéine (F. Blasselle)

Dans le cytoplasme, l'information présente sur l'ARNm (séquence de nucléotides) et traduite en protéine (séquence d'acides aminés) au niveau de structures spécialisées: les ribosomes.

La correspondance entre ARNm et protéine s'effectue grâce à un code génétique universel chez tous les êtres vivants : A un codon de 3 nucléotides correspond un acide aminé. Plusieurs codons peuvent coder pour le même acide aminé (par exemple UUA , CUU ou CUC codent pour la Leucine). Certain codons (codon STOP ou NON SENS) arrête la traduction : UAA, UAG et UGA.

 Animation : Tableau du code génétique

La synthèse de la protéine s'effectue en plusieurs étapes:

- Initiation: Un codon d'initiation AUG codant pour l'acide aminé Méthionine sert de signal de début de traduction (La méthionine sera ensuite enlevée)

- Elongation : les codons sont lus un à un et traduits en acides aminés qui sont associés dans l'ordre codé par la séquence de l'ARNm.

- Terminaison : Arrivé à un codon STOP, la synthèse s'arrête et la protéine est libérée.

Animation : La Traduction

Exercice QCM

C3. La transcription de l'ADN en ARNm

Capsule vidéo: De l'ADN à l'ARNm (F.Blasselle)

Dans le noyau, au cours des phases G1 et G2 de l'interphase, certains gènes vont servir de modèle pour la synthèse de molécules d'ARN pré-messager, c'est l'étape de la transcription.

Animation La transcription1

Animation La transcription2

 Un gène est en fait constitué de différentes parties appelées introns et exons. Après la transcription, l'ARN prémessager, lui même également constitué d'une alternance d'introns et d'exons, va subir une maturation dans le noyau par un mécanisme appelé épissage. Les introns sont éliminés et les exons collés les uns aux autres pour former l'ADN messager qui dirigera la synthèse de la protéine.

Animation Maturation de l'ARNm

Pour certains gènes, la maturation peut aboutir à plusieurs ARN messagers codant pour des protéines différentes suivant les exons associés, c'est l'épissage alternatif.

Exercice QCM

 

Exercice Images séquentielles

C2. L'ARN messager, unintermédiaire entre le gène et la synthèse protéique.

Lors de l'interphase, l'ADN est situé, ches les cellules eucaryotes, à l'intérieur du noyau alors que la synthèse des protéines s'effectue dans le cytoplasme.
Un intermédiaire chimique sert à transmettre l'information génétique du noyau vers le cytoplasme: l'ARN messager.

L'ARN ou Acide RiboNucléique est une molécule voisine de l'ADN mais présente quelque particularités:

• Il est constitué d'un seul brin contre deux pour l'ADN
• Ses bases azotées sont C, G, A et U (Uracyle) au lieu de C,G, A et T pour l'ADN
• le glucide qui rentre dans sa composition et du ribose à la place du désoxyribose chez l'ADN.
• Sa séquence est plus courte que celle de l'ADN

 Comparaison ADN et ARN

C1. Les protéines, expression de l'information génétique

Une protéine est une macro-molécule constitué d'un enchaînement d'acides aminés reliés entre eux par des liaisons peptidique.

Cette chaîne d'acide aminé constitue la structure primaire de la protéine, caractérisée par sa séquence peptidique (ordre des acides aminés).

Cette chaîne se replie pour former des boucles, feuillets, hélice qui constituent la structure secondaire de la protéine.

Un nouveau repliement de ces structures les unes par rapport aux autres confère la forme dans l'espace de la protéine, c'est sa structure tertiaire.

Enfin certaines protéines sont constituées par plusieurs chaînes associées entre-elles, elles ont alors une structure quaternaire.

 La fonction d'une protéine est étroitement liée à sa forme dans l'espace donc indirectement à sa séquence péptidique.

Un gène contient l'information génétique, sous forme d'une séquence nucléotidique (ADN), permettant de diriger la synthèse d'une protéine. On dit que le gène s'exprime à travers la synthèse d'une protéine.

B5. Mutations et diversité génétique d'une espèce

En formant de manière aléatoire de nouveaux allèles, les mutations sont à l'origine de la diversité génétique d'une espèce.

Exemple: Fréquences alléliques des allèles A, B et O des groupes sanguins au sein de différentes populations humaines

Vidéo: Présentation sur l'ensemble de la partie B

Vidéo F.Blasselle 

Exercice: Qui veut gagner des points ?
 spécial mutations
 

B4. Mutations somatiques et germinales

L'organisme est constitué de deux types de cellules:

Les cellules somatiques, les plus nombreuses, sont les cellules ne participant à la reproduction.

les cellules germinales sont les cellules qui participent à la formation des cellules reproductrices ou gamètes (spermatozoïdes et ovules).

Une mutation affectant une cellule somatique sera transmise aux cellules issues de celle-ci mais ne peut être transmise à la descendance de l'individu (exemple des cellules cancéreuse)

Une mutation affectant une cellule germinale pourra être transmise à la descendance de l'individu par l'intermédiaire des gamètes.

B3. Les agents mutagènes

Les mutations surviennent de manière aléatoire mais leur fréquence est augmentée par certains facteurs dits mutagènes: rayons UV, rayons X, substances chimiques ....

Vidéo: Les agents mutagènes (première partie de la vidéo)

B2. Les différents types de mutations

Les mutations peuvent être ponctuelles, n'affectant qu'une paire de nucléotides, ou plus vastes modifiant une région entière du gène.
Les mutations ponctuelles sont de différents types:

• Substitution: Remplacement d'un nucléotide par un autre.
• Délétion: Perte d'une paire de nucléotides.
• Insertion: Addition d'une paire supplémentaire de nucléotides.

 

Exercice: Les différents types de mutation

B1. Les mutations

Une mutation est une modification accidentelle de la séquence nucléotidique d'un gène.

Cette mutation peut être la conséquence d'une erreur survenant lors de la réplication de l'ADN mais aussi résulter d'un dommage causé à l'ADN en dehors de la réplication.

 

Exemple d'une mutation

 (substitution de G par C en 1 et transmission lors de la réplication en 2 et 3) 

La fréquence des mutations est rare. Chez l'Homme, cette fréquence varie entre 10^-4 et 10^-8 par gène et par génération

 La position d'une mutation est aléatoire, elle peut se produire n'importe où et n'importe quand.

Le plus souvent l’erreur est réparée par des systèmes enzymatiques. Quand elle ne l’est pas, si les modifications n’empêchent pas la survie de la cellule, il apparaît une mutation, qui sera transmise si la cellule se divise.

A5. La mitose

La mitose désigne l'ensemble des mécanismes affectant les chromosomes lors de la division d'une cellule en deux cellules filles génétiquement identiques.

 Cours sur la mitose F.Blasselle

  

Animations sur la mitose

La mitose se découpe en 4 phases:

Anaphase: Disparition de l'enveloppe du noyau. Condensation des chromosomes. Apparition d'un fuseau de fibres mitotique.

Métaphase: Disposition des chromosomes rattachés au réseau de fibre sur le plan équatorial de la cellule.

Anaphase: Séparation des 2 chromatides de chaque chromosome au niveau du centromère et migration de chacune des chromatides vers un des poles de la cellules par raccourcissement des fibres.

Télophase : Formation de deux lots de chromatides identiques à chaque pôle cellulaire. décondensation des chromosomes et formation des noyaux.

La mitose est suivie de la cytodiérèse durant laquelle les deux cellules filles se séparent.

Exercice 1: Les étapes de la mitose (Cliquer sur l'image)

Exercice 1: QCM sur la mitose (Cliquer sur l'image)

A4. La réplication de l'ADN à l'interphase

Durant la phase S de l’interphase, la molécule d’ADN constituant un chromosome simple est répliquée en 2 molécules filles identiques constituant les deux chromatides du chromosome double.

Cours sur la réplication. F.Blasselle

Animation: La réplication de l'ADN (cliquer sur l'image)

 La réplication s’effectue par la séparation des deux brins de la molécule d’ADN et la synthèse de deux nouveaux brins complémentaires des brins déjà existants, elle est dite semi-conservative (un brin est conservé, l'autre est nouvellement synthétisé).

Cette réplication nécessite une enzyme, l’ADN polymérase et de l’énergie

En l'absence d'erreur, ce mécanisme conserve l'information génétique codée par la séquence des nucléotides.

 

A3. Le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire est l'ensemble des mécanismes de transformation d’une cellule depuis sa formation suite à une division cellulaire jusqu’à la fin de sa division en deux cellules filles. 

Le cycle cellulaire comprend deux phases : L’interphase (phase entre deux divisions) et la mitose (division en deux cellules filles)

  Au niveau des chromosomes:

• La mitose entraine la séparation d’un chromosome double (2 chromatides) en 2 chromosomes simples (1 chromatide). La phase S (synthèse) de l’interphase permet la transformation d’un chromosome simple en un chromosome double
•  Les phases G1 et G2 (Growth) de l’interphase ne modifient pas les chromosomes, ce sont des phases de croissance de la cellule.

Animation sur le cycle cellulaire (Cliquer sur l'image) 

Exercice 1 -QCM (Cliquer sur l'image)

Exercice 2 (Cliquer sur l'image)

Exercice 3(Cliquer sur l'image)

A2. Conservation de l'information génétique au fil des divisions cellulaires

Les cellules de l'organisme, toutes issues de divisions à partir de la cellule oeuf, contiennent la même information génétique que celle-ci (sauf les cellules reproductrices)

Premières divisions de la cellule oeuf

Au cours de la vie d’un individu, chaque division cellulaire conserve l’information génétique : les deux cellules filles contiennent la même information que la cellule mère.

 

A1 Les chromosomes, supports de l'information génétique

L’information génétique est située au niveau des chromosomes localisés dans le noyau.

L’ensemble des chromosomes d’une cellule constitue le caryotype.

Les chromosomes sont visibles en microscopie pendant la division cellulaire. En dehors de la phase de division, ils sont invisibles mais présents dans le noyau

   

Entre les divisions, le chromosome est présent dans le noyau sous forme d’un nucléofilament associant ADN et protéines.

Lors de la division le nucléofilament s’enroule sur lui-même pour former le chromosome.

Chaque chromatide contient une molécule d’ADN identique à celle de l’autre chromatide.

Animation: Du chromosome à l'ADN

Exercice: Structure du chromosome